论文部分内容阅读
[摘 要] 学生在受力分析时，最不容易把握的就是摩擦力，而在摩擦力的分析中，静摩擦力的分析更加难以琢磨。因此，由于对摩擦力的分析失误，导致解题错误的现象时有发生。要准确无误地分析判断摩擦力，首先要真正理解产生摩擦力的条件，其次在进行具体分析时还要思路清晰，掌握方法。本文从摩擦力产生条件入手，从多个角度举例说明滑动摩擦力和静摩擦力的分析思路和方法。
[关键词] 滑动摩擦力 静摩擦力 产生条件
[中图分类号] G633.7 [文献标识码] A [文章编号] 1674 6058（2015）20 0045
高中学生对摩擦力的学习，特别是对静摩擦力的分析，常常会感到困难，其实只要掌握了相应的方法，这些难题就迎刃而解了。在受力分析中，要准确把握摩擦力的情况，首先要对摩擦力的产生条件有深刻的理解。
摩擦力分为滑动摩擦力与静摩擦力。产生摩擦力的条件为：
条件一，相互接触的物体间存在弹力，且接触面粗糙。
在实际问题的分析中，学生对接触面粗糙的理解比较容易，但易忽略弹力的存在。往往，见到相互接触的物体，就简单地认为满足了弹力产生的基本条件。其实，看上去接触的物体，而没有任何挤压的情况也是比较多的。要判断弹力的有无，个人认为用假设法比较便捷，即假设撤掉其中一个接触物，看对另一接触物有无影响，若运动状态发生改变，即该处有弹力，反之，则没有弹力，也就不可能有摩擦力了。
条件二，有相对滑动或相对滑动趋势。
相对滑动比较容易判断，而相对滑动趋势，因为具有隐蔽和可变的特性，想要让学生在短时间内把握判断方法，是比较困难的。针对当前学生比较疑惑的问题，举例分析如下。
一、滑动摩擦力的分析
滑动摩擦力的判断。在满足前两个条件后，只需要知道被研究的物体的相对滑动方向，滑动摩擦力方向很容易判断，但需要弄清以下两点。
（1）认清正压力
正压力就是物体在相对运动中，垂直于接触面的压力，如果是平面，正压力的方向垂直于平面，如果是曲面，正压力方向垂直于该点的切线方向。
二、静摩擦力的分析
静摩擦力问题的难点是静摩擦力方向的判断。由于静摩擦力与相对运动趋势方向相反，是物体相对静止时受到的摩擦力。最有效的分析思路是借助物理规律或条件来分析。
（1）利用受力平衡解决摩擦力问题
教学中，二力平衡是学生容易接受的初中知识，由二力平衡到物体在共点力作用下的平衡，由简入繁，层层深入，也是比较常见的教学方式。
【例3】 木块A、B分别重50N和60N，它们与水平地面之间的动摩擦因数均为0.25。夹在A、B之间的轻弹簧被压缩了2cm，弹簧的劲度系数为400N/m。系统置于水平地面静止不动。现用F=1N的水平拉力作用在木块B上，如图3所示。力F作用在B上后，求木块A、B所受的静摩擦力。
解析： 由题意可求得A、B与地面间的最大静摩擦力分别为12.5N和15N，当夹一弹簧处于静止状态时，由平衡条件可得，A、B与地面间的静摩擦力均为8N，用F=1N的水平拉力作用在木块B上，拉力F的方向与弹簧弹力的方向相同，其合力为9N，但小于B与地面间的最大静摩擦力，所以木块B仍处于静止状态，木块B所受摩擦力大小是9N。而木块A与地面的静摩擦力不变，仍为8N。
（2）通过判断相对运动趋势确定静摩擦力的方向
假设接触面光滑，先判断被研究物体在光滑条件下的相对滑动方向，这个方向即在实际情况下的相对滑动趋势方向，则静摩擦力方向与相对滑动趋势方向相反.
【例4】
把一个物体放在传送带上，当传送带匀速向上运动时（物体与传送带之间无相对运动），如图4所示，则物体受到的力有竖直向下的重力，垂直于接触面的支持力，试判断此时摩擦力的方向。
解析： 方法一，因为物体随传送带匀速向上运动，物体在共点力作用下，处于状态平衡，故可以判定物体所受静摩擦力方向沿斜面向上。
方法二，假设接触面光滑，则物体将沿着斜面下滑，即物体有沿斜面向下的相对滑动趋势，由于静摩擦力方向与相对运动趋势方向相反，因此静摩擦力方向沿斜面向上。
（3）根据物体运动状态的变化，用牛顿第二定律分析静摩擦力
【例5】 如图5所示，在外力F作用下运送物体，分析甲物体所受的摩擦力。
解析： 情况一，甲、乙一起匀速运动，甲物块运动状态不变，水平方向无其他拉力或推力，所以，甲物体不受静摩擦力作用。
情况二，甲、乙一起向右匀加速运动，由于甲物体向右加速运动，运动状态发生变化，根据“力是改变物体运动状态的原因”可知，物体向右加速的原因只能是受到静摩擦力作用，所以，甲物体受到水平向右的静摩擦力作用，且摩擦力的大小满足牛顿第二定律，则f=ma。
情况三，甲、乙一起向右匀减速运动，甲物体也向右做减速运动。甲做匀减速运动，必然受到阻力作用，这个阻力只能是摩擦力，也就是说甲物体受到水平向左的摩擦力作用，且摩擦力的大小满足牛顿第二定律，则f=ma。
（4）根据牛顿第三定律，即作用力与反作用力等大反向的特点分析静摩擦力
【例6】 三块相同的砖被压在两竖直方向的木板之间，设每块砖的质量为m，则A与左板间的摩擦力大小为 ，A对B的摩擦力大小为 。
解析： 方法一，把3块砖看成一个整体，整体受到重力3mg，整体两边所受的压力相同，所以两边所受的摩擦力也相同，由平衡条件可知，向下的重力3mg与两边的摩擦力之和相等，所以A与左板间、C与右板间受到竖直向上的，大小为3mg/2的摩擦力。
再以A为研究对象，A受到竖直向下的重力mg，A与左板间竖直向上的摩擦力为3mg/2，由力的平衡可知，B对A的摩擦力方向竖直向下，大小为mg/2，由力的作用是相互的（即牛顿第三定律）可知，A对B的摩擦力方向竖直向上，大小也为mg/2。
方法二，分析B的受力可知，B受到重力mg。由于B的两边所受的压力相同，故两边所受的摩擦力也相同，由平衡条件可知，向下的重力mg与两边的摩擦力之和相等，所以A对B、C对B的摩擦力均为mg/2，且方向竖直向上。
再以A为研究对象，A受到竖直向下的重力mg。A对B的摩擦力方向竖直向上，大小为mg/2，由“力的作用是相互的”（即牛顿第三定律）可知，B对A的摩擦力方向竖直向下，大小也为mg/2，再由力的平衡可得，A受左板的摩擦力方向竖直向上，大小为mg mg/2=3mg/2。
（责任编辑 易志毅）
[关键词] 滑动摩擦力 静摩擦力 产生条件
[中图分类号] G633.7 [文献标识码] A [文章编号] 1674 6058（2015）20 0045
高中学生对摩擦力的学习，特别是对静摩擦力的分析，常常会感到困难，其实只要掌握了相应的方法，这些难题就迎刃而解了。在受力分析中，要准确把握摩擦力的情况，首先要对摩擦力的产生条件有深刻的理解。
摩擦力分为滑动摩擦力与静摩擦力。产生摩擦力的条件为：
条件一，相互接触的物体间存在弹力，且接触面粗糙。
在实际问题的分析中，学生对接触面粗糙的理解比较容易，但易忽略弹力的存在。往往，见到相互接触的物体，就简单地认为满足了弹力产生的基本条件。其实，看上去接触的物体，而没有任何挤压的情况也是比较多的。要判断弹力的有无，个人认为用假设法比较便捷，即假设撤掉其中一个接触物，看对另一接触物有无影响，若运动状态发生改变，即该处有弹力，反之，则没有弹力，也就不可能有摩擦力了。
条件二，有相对滑动或相对滑动趋势。
相对滑动比较容易判断，而相对滑动趋势，因为具有隐蔽和可变的特性，想要让学生在短时间内把握判断方法，是比较困难的。针对当前学生比较疑惑的问题，举例分析如下。
一、滑动摩擦力的分析
滑动摩擦力的判断。在满足前两个条件后，只需要知道被研究的物体的相对滑动方向，滑动摩擦力方向很容易判断，但需要弄清以下两点。
（1）认清正压力
正压力就是物体在相对运动中，垂直于接触面的压力，如果是平面，正压力的方向垂直于平面，如果是曲面，正压力方向垂直于该点的切线方向。
二、静摩擦力的分析
静摩擦力问题的难点是静摩擦力方向的判断。由于静摩擦力与相对运动趋势方向相反，是物体相对静止时受到的摩擦力。最有效的分析思路是借助物理规律或条件来分析。
（1）利用受力平衡解决摩擦力问题
教学中，二力平衡是学生容易接受的初中知识，由二力平衡到物体在共点力作用下的平衡，由简入繁，层层深入，也是比较常见的教学方式。
【例3】 木块A、B分别重50N和60N，它们与水平地面之间的动摩擦因数均为0.25。夹在A、B之间的轻弹簧被压缩了2cm，弹簧的劲度系数为400N/m。系统置于水平地面静止不动。现用F=1N的水平拉力作用在木块B上，如图3所示。力F作用在B上后，求木块A、B所受的静摩擦力。
解析： 由题意可求得A、B与地面间的最大静摩擦力分别为12.5N和15N，当夹一弹簧处于静止状态时，由平衡条件可得，A、B与地面间的静摩擦力均为8N，用F=1N的水平拉力作用在木块B上，拉力F的方向与弹簧弹力的方向相同，其合力为9N，但小于B与地面间的最大静摩擦力，所以木块B仍处于静止状态，木块B所受摩擦力大小是9N。而木块A与地面的静摩擦力不变，仍为8N。
（2）通过判断相对运动趋势确定静摩擦力的方向
假设接触面光滑，先判断被研究物体在光滑条件下的相对滑动方向，这个方向即在实际情况下的相对滑动趋势方向，则静摩擦力方向与相对滑动趋势方向相反.
【例4】
把一个物体放在传送带上，当传送带匀速向上运动时（物体与传送带之间无相对运动），如图4所示，则物体受到的力有竖直向下的重力，垂直于接触面的支持力，试判断此时摩擦力的方向。
解析： 方法一，因为物体随传送带匀速向上运动，物体在共点力作用下，处于状态平衡，故可以判定物体所受静摩擦力方向沿斜面向上。
方法二，假设接触面光滑，则物体将沿着斜面下滑，即物体有沿斜面向下的相对滑动趋势，由于静摩擦力方向与相对运动趋势方向相反，因此静摩擦力方向沿斜面向上。
（3）根据物体运动状态的变化，用牛顿第二定律分析静摩擦力
【例5】 如图5所示，在外力F作用下运送物体，分析甲物体所受的摩擦力。
解析： 情况一，甲、乙一起匀速运动，甲物块运动状态不变，水平方向无其他拉力或推力，所以，甲物体不受静摩擦力作用。
情况二，甲、乙一起向右匀加速运动，由于甲物体向右加速运动，运动状态发生变化，根据“力是改变物体运动状态的原因”可知，物体向右加速的原因只能是受到静摩擦力作用，所以，甲物体受到水平向右的静摩擦力作用，且摩擦力的大小满足牛顿第二定律，则f=ma。
情况三，甲、乙一起向右匀减速运动，甲物体也向右做减速运动。甲做匀减速运动，必然受到阻力作用，这个阻力只能是摩擦力，也就是说甲物体受到水平向左的摩擦力作用，且摩擦力的大小满足牛顿第二定律，则f=ma。
（4）根据牛顿第三定律，即作用力与反作用力等大反向的特点分析静摩擦力
【例6】 三块相同的砖被压在两竖直方向的木板之间，设每块砖的质量为m，则A与左板间的摩擦力大小为 ，A对B的摩擦力大小为 。
解析： 方法一，把3块砖看成一个整体，整体受到重力3mg，整体两边所受的压力相同，所以两边所受的摩擦力也相同，由平衡条件可知，向下的重力3mg与两边的摩擦力之和相等，所以A与左板间、C与右板间受到竖直向上的，大小为3mg/2的摩擦力。
再以A为研究对象，A受到竖直向下的重力mg，A与左板间竖直向上的摩擦力为3mg/2，由力的平衡可知，B对A的摩擦力方向竖直向下，大小为mg/2，由力的作用是相互的（即牛顿第三定律）可知，A对B的摩擦力方向竖直向上，大小也为mg/2。
方法二，分析B的受力可知，B受到重力mg。由于B的两边所受的压力相同，故两边所受的摩擦力也相同，由平衡条件可知，向下的重力mg与两边的摩擦力之和相等，所以A对B、C对B的摩擦力均为mg/2，且方向竖直向上。
再以A为研究对象，A受到竖直向下的重力mg。A对B的摩擦力方向竖直向上，大小为mg/2，由“力的作用是相互的”（即牛顿第三定律）可知，B对A的摩擦力方向竖直向下，大小也为mg/2，再由力的平衡可得，A受左板的摩擦力方向竖直向上，大小为mg mg/2=3mg/2。
（责任编辑 易志毅）